管体溶接装置
【課題】ワークの外周面の損傷や貫通孔の内周面の磨耗を軽減することができ、ワークが溶接位置を通過する際の通過速度を高速化して管体の製造時間を短縮できるようにする。
【解決手段】管体溶接装置１０は、７個の無端状移動部材４及び溶接トーチ６を備えている。７個の無端状移動部材４は、各々が直線部分を含む循環経路を移動自在にされたチェーン４１を備え、各チェーン４１の直線部分でワーク１００の外周面における突き合わせ部分１１０を除く周方向の７箇所に軸方向に沿って当接する。溶接トーチ６は、ワーク１００の軸方向における各チェーン４１の循環経路中の直線部分が位置している範囲内で、ワーク１００の突き合わせ部分１１０に対向する。
【解決手段】管体溶接装置１０は、７個の無端状移動部材４及び溶接トーチ６を備えている。７個の無端状移動部材４は、各々が直線部分を含む循環経路を移動自在にされたチェーン４１を備え、各チェーン４１の直線部分でワーク１００の外周面における突き合わせ部分１１０を除く周方向の７箇所に軸方向に沿って当接する。溶接トーチ６は、ワーク１００の軸方向における各チェーン４１の循環経路中の直線部分が位置している範囲内で、ワーク１００の突き合わせ部分１１０に対向する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属製の板材を筒状に曲げ加工したワークにおける軸方向に平行な２端面の突き合わせ部分を溶接する管体溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒状の金属製薄肉管体を形成する際に、金属製板材を略真円状に曲げ加工し、周方向に突き合わされた２端面を溶接する方法がある。円筒状のワークにおける軸方向に平行な２端面の溶接に使用する装置として、円筒状のワークが通過する貫通孔を形成した金型を備える管体溶接装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
管体溶接装置は、溶接具を貫通孔における軸方向の一部に露出して金型に配置し、貫通孔をワークが通過する間に、溶接具が配置された溶接位置でワークの突き合わせ部を溶接する。貫通孔の内径は、ワークの通過方向の下流側が上流側よりも僅かに縮小されている。溶接位置は、貫通孔における下流側に配置されている。
【０００４】
ワークの通過方向における溶接位置の上流側には、位置合わせ用のガイド刃が貫通孔内に露出している。貫通孔の周方向におけるガイド刃の露出位置は、溶接具の露出位置に一致している。ガイド刃は、ワークの突き合わせ部に嵌入することで貫通孔内におけるワークの回転を防止し、ワークの突き合わせ部を軸方向の全長にわたって溶接具に対向させてワークにおける溶接線のズレを防止する。
【特許文献１】特公平２−１５３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の管体溶接装置では、金型の貫通孔内をワークが通過する際にワークの外周面に貫通孔の内周面との接触による線状の傷が生じ易く、貫通孔の内周面に磨耗を生じ易い。このため、ワークの通過速度を高速化することが困難で、製造時間を短縮することが困難になる。このような問題は、円筒状の金属製薄肉管体の製造時だけでなく、楕円状又は角筒状の金属製薄肉管体の製造時にも生じる。
【０００６】
この発明の目的は、ワークの外側面の損傷やワークの移動経路の磨耗を軽減することができ、ワークが溶接位置を通過する際の通過速度を高速化して管体の製造時間を短縮できる管体溶接装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、搬送手段、複数の無端状移動部材、溶接具を備えている。搬送手段は、金属製の板材を互いに平行な２端面が突き合うように筒状にしたワークを軸方向に沿って搬送する。複数の無端状移動部材は、各々が直線部分を含む所定の循環経路に沿って移動自在にされ、各々が循環経路における直線部分に位置する部分で搬送中のワークの外側面における２端面を除く複数の位置に軸方向に沿って当接する。溶接具は、ワークの軸方向における複数の無端状移動部材の各々の循環経路中の直線部分が位置している範囲内で、搬送手段によって搬送中のワークの２端面の突き合わせ部分に対向する。
【０００８】
この構成では、金属製の板材を互いに平行な２端面が突き合うように筒状にしたワークが、搬送手段によって軸方向に沿って搬送される。この間に、複数の無端状移動部材が、循環経路中の直線部分に位置している部分でワークの外側面における２端面を除く複数の位置に軸方向に沿って当接し、ワークの移動に伴って移動する。ワークは、複数の無端状移動部材が外周面に当接することで移動方向を規定され、複数の無端状移動部材とともに移動する間に２端面の突き合わせ部分が溶接具によって溶接される。ワークの外周面と複数の無端状移動部材との間に大きな速度差を生じないため、ワークの外周面の損傷や複数の無端状移動部材の磨耗が軽減される。
【０００９】
この構成において、複数の無端状移動部材の各々は、外側面に弾性体を備えることが好ましい。ワークの外周面の損傷をより軽減することができる。
【００１０】
また、複数の無端状移動部材の各々を、ワークの外側面の法線方向に沿って互いに等しい距離だけ移動するように支持する第１の支持部材と、溶接具をワークの外側面の法線方向に沿って移動自在に支持する第２の支持部材と、を備えることが好ましい。ワークの寸法の変化に対応することができる。
【００１１】
さらに、第１の支持部材は、複数の無端状移動部材の各々を、軸方向における両端側のそれぞれで独立して移動自在に支持するものであることが好ましい。溶接の前後におけるワークの寸法の変化に対応することができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、ワークの外側面の損傷やワークの移動経路の磨耗を軽減することができ、ワークが溶接位置を通過する際の通過速度を高速化して管体の製造時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施形態に係る管体溶接装置の側面断面図である。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）は、同管体溶接装置に備えられる無端状移動部材の正面断面図及び側面図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は、同管体溶接装置に備えられるフレームの正面図及び側面断面図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、同管体溶接装置に備えられるカム円盤の正面図及び側面断面図である。
【図５】は、同管体溶接装置に備えられる第２の支持部材の側面図である。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明の別の実施形態に係る管体溶接装置におけるワークの形状と無端状移動部材の配置状態との関係を示す正面断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、この発明の実施形態として、円筒状の金属製薄肉管体の製造に用いられる管体溶接装置について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１に示すように、管体溶接装置１０は、金属製の板材を素材とする円筒状のワーク１００の突き合わせ部１１０を軸方向に沿って溶接し、管体を製造する。ワーク１００は、予め矩形の金属製板材を曲げ加工し、互いに平行な２端面を周方向に突き合わせた状態の円筒状に形成されている。管体溶接装置１０は、搬送ローラ１Ａ，１Ｂ、ガイドローラ２、予備加熱器３、無端状移動部材４、ガイド刃５、溶接トーチ６、第１の支持部材７、第２の支持部材８を備えている。
【００１６】
搬送ローラ１Ａ，１Ｂは、この発明の搬送手段であり、ワーク１００をその軸方向に平行な搬送方向Ｘに沿って搬送する。搬送ローラ１Ａは、溶接前のワーク１００を溶接位置に搬入する。搬送ローラ１Ｂは、溶接後のワーク１００を溶接位置から搬出する。搬送ローラ１Ａ，１Ｂは、筒状のワーク１００を軸方向に沿って搬送するために適した形状とすることができる。ワーク１００の軸方向の長さが短い場合には、搬送ローラ１Ａ及び１Ｂの何れか一方又は両方に代えて、溶接前のワーク１００の後端を軸方向に沿って押圧するプッシャ、及び溶接後のワーク１００の先端を軸方向に沿って引き出すプラーを備えることもできる。
【００１７】
ガイドローラ２は、周縁部の厚さを薄くした円盤状を呈し、搬送方向Ｘにおける無端状移動部材４の上流側で、第２の支持部材８に回転自在に支持されている。
【００１８】
予備加熱器３は、一例として電磁誘導加熱器であり、搬送方向Ｘにおける無端状移動部材とガイドローラ２との間で、第２の支持部材８に固定されている。予備加熱器６５は、溶接前のワーク１００の溶接部分を予備的に加熱し、後の溶接を容易にする。予備加熱器３は、溶接トーチ６による溶接が適正に行われることを条件に、省略することができる。
【００１９】
無端状移動部材４は、一例として、一対のスプロケット４２，４３に張架されたチェーン４１を備えており、後述するように、ワーク１００の周囲の７箇所に配置されている。チェーン４１は、直線部分を含む循環経路に沿って移動自在に張架されている。チェーン４１は、３個以上のスプロケットに張架することもできる。７個の無端状移動部材４は、それぞれのチェーン４１の循環経路における直線部分がワーク１００の外周面に当接するように、第１の支持部材７に支持されている。
【００２０】
ガイド刃５は、下端部の厚さを薄くした板状体であり、搬送方向Ｘにおける無端状移動部材４の循環経路における直線部分が配置されている範囲内で、長手方向を搬送方向Ｘに平行にして第２の支持部材８に固定されている。
【００２１】
溶接トーチ６は、この発明の溶接具であり、アーク溶接によってワーク１００における突き合わせ部分を溶接する。溶接トーチ６は、搬送方向Ｘにおける無端状移動部材４Ａ〜４Ｇの循環経路における直線部分の範囲内で、かつガイド刃４の下流側の位置で、第２の支持部材８に固定されている。
【００２２】
第１の支持部材７は、７個の無端状移動部材４のそれぞれがワーク１００の半径方向（外側面の法線方向）に沿って互いに等しい距離だけ移動するように、各無端状移動部材４のスプロケット４２，４３を回転自在に支持する。第１の支持部材７は、ベース７１、フレーム７２、カム円盤７３、リング７４、カムフォロワ７５を備え、搬送方向Ｘの上流側と下流側とで対称形状に構成されている。ベース７１は、平板状を呈し、水平に配置される。ベース７１の上面には、２箇所から固定部７１１が延出している。フレーム７２は、下端部を固定ボルト７６によって固定部７１１に固定されている。
【００２３】
第２の支持部材８は、ガイドローラ２、予備加熱器３、ガイド刃５、溶接トーチ６を、搬送方向Ｘに沿ってこの順に支持する。搬送方向Ｘに直交する面内における水平方向について、ガイドローラ２の周縁部、予備加熱器３の加熱部、ガイド刃５の下端部、溶接トーチ６の火口のそれぞれの中心位置は、一致している。
【００２４】
ガイドローラ２の周縁部を突き合わせ部１１０に嵌入させた状態でワーク１００を搬送方向Ｘに沿って無端状移動部材４の循環経路における直線部分の間に搬入すると、ガイド刃５の下端部も突き合わせ部１１０に嵌入する。ワーク１００の搬送中に突き合わせ部１１０が予備加熱器３の加熱部及び溶接トーチ６の火口に対向する回転位置でワーク１００の回転が規制され、突き合わせ部１１０が予備加熱器３によって加熱されるとともに溶接トーチ６によって溶接される。
【００２５】
図２（Ａ）に示すように、合計７個の無端状移動部材４が、ワーク１００の円周方向を８等分したうちの最上部の位置を除く７箇所のそれぞれで、スプロケット４２，４３の回転軸をワーク１００の半径方向に直交する方向にして配置されている。７個の無端状移動部材４は、それぞれのチェーン４１の循環経路における一方の直線部分を露出させており、この直線部分をワーク１００の外周面側にして配置されている。
【００２６】
図２（Ｂ）に示すように、各無端状移動部材４は、チェーン４１及びスプロケット４２，４３のほかに、ガイド４５、プレート４６、調整ボルト４７を備えている。長板状のプレート４６は、長手方向の第１の端部４６１に形成した孔部４６３及び第２の端部４６２に形成した長孔４６４のそれぞれで、スプロケット４２の軸受４２１及びプロケット４３の軸受４３１を保持している。
【００２７】
孔部４６３には、軸受４２１の軸部が嵌入する。軸受４２１は、プレート４６の第１の端部４６１における固定された位置でスプロケット４２を軸支する。長孔４６４は、プレート４６の長手方向に沿って形成されており、軸受４３１の軸部が嵌入する。軸受４３１は、プレート４６の第２の端部４６２における長孔４６４の長さの範囲でプレート４６の長手方向に沿って移動自在にしてスプロケット４３を軸支する。
【００２８】
調整ボルト４７は、先端がプレート４６の端面の穴部に嵌入しており、調整板４７１に螺合している。調整板４７１には、貫通孔４７２が形成されている。貫通孔４７２には、軸受４３１の軸部が嵌入している。調整ボルト４７を回転させると、軸受４３１が長孔４６４内を調整板３７１と共にプレート４６の長手方向に沿って移動し、チェーン４１の張力が調整される。ロックナット４７３を調整板４７１に締結することで、軸受４３１の位置が固定される。
【００２９】
プレート４６は、カムフォロワ７５に固定される。したがって、第１の支持部材７には、７個のカムフォロワ７５が備えられている。各カムフォロワ７５は、両端部７５Ａ，７５Ｂの外側にローラ７５１を回転自在に支持している。両端部７５Ａ，７５Ｂは、ローラ７５１の回転軸に直交する面内で矩形を呈している。
【００３０】
ガイド４５は、循環経路内の直線部分でチェーン４１の内周面に当接するようにプレート４６に固定されており、チェーン４１の移動方向を規定する。
【００３１】
図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、フレーム７２は、開口７２１、スリット７２２、凹部７２３、段部７２４、固定孔７２５、ネジ穴７２６を備えた円盤状を呈している。
【００３２】
開口７２１は、フレーム７２の中心位置に配置され、ワーク１００の外径に比較して十分に大きい径の円形を呈している。
【００３３】
スリット７２２は、開口７２１の周縁部における均等な間隔の８箇所のうちの最上部の１箇所を除く７箇所から、半径方向に沿って放射状に形成されている。スリット７２２の幅は、カムフォロワ７５の両端部７５Ａ，７５Ｂの幅に等しくされている。スリット７２２には、カムフォロワ７５の両端部７５Ａ，７５Ｂがスリット７２２の長手方向に沿って移動自在に嵌入する。したがって、各カムフォロワ７５は、ワーク１００の半径方向にのみ移動可能にされている。
【００３４】
凹部７２３は、開口７２１の周縁部の均等な間隔の８箇所のうちのスリット７２２が形成されていない最上部の１箇所から半径方向に形成されている。段部７２４は、開口７２１と同心上に形成されている。
【００３５】
２個の固定孔７２５のそれぞれには、固定ボルト７６（図１参照。）が貫通する。７個のネジ穴７２６のそれぞれには、リング７４（図１参照。）を固定するための取付ネジが螺合する。リング７４は、段部７２４内に嵌入したカム円盤７３のフランジ部７３１の側面に当接し、カム円盤７３のフレーム７２からの脱落を防止する。
【００３６】
図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、カム円盤７３は、フランジ部７３１、カム溝７３２、開口７３３を有する環状体である。カム円盤７３は、フランジ部７３１をフレーム７２の段部７２４に嵌入している。リング７４は、フレーム７２の外側面に複数のボルトを介して固定される。
【００３７】
カム溝７３２は、ワーク１００の周方向を８等分するうちの７つの半径方向のそれぞれに対して一例として６０°の角度で形成された長穴であり、フレーム７２のスリット７２２に対応して円周方向に沿って７箇所に形成されている。開口７３３は、少なくともワークの外径よりも大きな内径の円形を呈している。カム溝７３２の幅は、ローラ７５１の径に等しくされている。カム溝７３２には、ローラ７５１がカム溝７３２の長手方向に移動自在に嵌入している。
【００３８】
ローラ７５１は、スリット７２２内への嵌入によってワーク１００の円周方向の移動を規制されたカムフォロワ７５の両端部７５Ａ，７５Ｂに軸支されており、カム円盤７３がフレーム７２内で回転すると、カム溝７３２内における位置を変化させる。このとき、カム溝７３２はワーク１００の半径方向に対して傾斜しているため、ローラ７５１を含むカムフォロワ７５は、スリット７２２の長手方向であるワーク１００の半径方向にのみ変位する。７個のカム溝７３２は半径方向に対する傾斜角が互いに等しいため、カム円盤７３の回転により、７個のカムフォロワ７５は無端状移動部材４のそれぞれと共にワーク１００の中心位置からの距離が等しい位置で、ワーク１００の半径方向に沿って互いに等しい距離だけ移動する。
【００３９】
図５に示すように、第２の支持部材８は、水平に配置される支持板８１及び可動板８２を備えている。支持板８１は、フレーム７２の上端の水平部分に固定されている。支持板８１には、可動板８２が可動部材８３を介して取り付けられている。可動板８２には、ガイドローラ２、予備加熱器３、ガイド刃５、溶接トーチ６が固定されている。
【００４０】
可動部材８３は、傾斜カム８３１、スライダ８３２、ガイド８３３、スクリューネジ８３４、支持ピン８３５、押圧バネ８３６、調整ナット８３７を備えている。
【００４１】
傾斜カム８３１は、支持板８１の上面に固定されており、上面が傾斜面で構成されている。スライダ８３２は、傾斜カム８３１の上面に当接する下面が傾斜面で構成されており、支持板８１と可動板８２との間で移動自在に配置されている。ガイド８３３は、可動板８２の下面に固定されており、スライダ８３２の移動方向を規定する。スクリューネジ８３４は、可動板８２の下面から下方に延出したネジ孔８２１に螺合しており、長手方向を水平にして配置され、一端がスライダ８３２に係止されている。支持ピン８３５は、支持板８１の上面の複数の位置に下端を固定され、長手方向を垂直にして配置されており、可動板８２の孔部８２２を貫通して可動板８２の上面に露出している。調整ナット８３７は、支持ピン８３５の上端に形成されているネジ部に螺合している。押圧バネ８３６は、調整ナット８３７と可動板８２の上面との間で支持ピン８３５に外嵌しており、可動板８２を下方に付勢する。
【００４２】
スクリューネジ８３４の操作部８３４１に回転力を作用させると、その回転方向に応じてスライダ８３２が水平方向に移動し、傾斜カム８３１の傾斜面におけるスライダ８３２の下面の当接位置が変位し、支持板８１に対して可動板８２が昇降する。操作部８３４１の回転方向及び回転数に応じて、可動板８とともにガイドローラ２、予備加熱器３、ガイド刃５、溶接トーチ６の上下位置が調整される。
【００４３】
この構成により、第２の支持部材８は、ガイドローラ２、予備加熱器３、ガイド刃５、溶接トーチ６をワーク１００の半径方向（外側面の法線方向）に沿って移動自在に支持する。第２の支持部材８の構成には、図５に示すものに限るものではない。
【００４４】
なお、溶接トーチ６をガイド刃５に所定範囲内で昇降自在に支持させることで、ワーク１００の材質、板厚等の変化に応じて、溶接トーチ６の上下位置を単独で調整できるようにしてもよい。
【００４５】
以上の構成により、管体溶接装置１０は、７個の無端状移動部材４によって、溶接トーチ６の配置位置を含む範囲で、ワーク１００を軸方向に沿って移動させる。各無端状移動部材４のチェーン４１は、循環経路における直線部分でワーク１００の周面に当接するため、ワーク１００の搬送方向Ｘに沿った移動に伴ってワーク１００の移動速度と同一の速度で循環経路に沿って移動する。各チェーン４１はワーク１００の周面に摺動することがないため、ワーク１００の周面における損傷、及びチェーン４１の磨耗が抑制される。これによって、トンネル状の搬送部を備えた従来の溶接装置に比較して、溶接速度を３倍程度高速化できる。なお、チェーン４１は、外表面にゴムらの弾性部材を備えることで、ワーク１００の損傷をより軽減することができる。
【００４６】
７個の無端状移動部材４の外表面の位置によって規定されるワーク１００の外径は、第１の支持部材７におけるカム円盤７３の回転によって調整できる。また、ワーク１００の半径方向におけるガイドローラ２、予備加熱器３、ガイド刃５及び溶接トーチ６の位置は、第２の支持部材８における可動板８２の移動によって調整できる。このため、ワーク１００の外径の変化に容易に対応することができる。
【００４７】
ワーク１００の外径の縮小又は拡大に応じて、７個の無端状移動部材４を互いに近接又は離間させるとともに、可動板８２を加工又は上昇させる。
【００４８】
カム円盤７３の回転、及び可動板８２の移動は、手動操作によるものに限らず、モータ等を介して行うこともできる。また、カム円盤７３の回転に連動して可動板８２を昇降させるようにしてもよい。
【００４９】
第１の支持部材７において、上流側及び下流側のカム円盤７３を互いに独立して回転できるようにしてもよい。この場合には、カムフォロワ７５をワーク１００の搬送方向の上流側と下流側とで２分割にする。突き合わせ部分の溶接の前後におけるワーク１００の外径の変化に対応してワーク１００を確実に搬送することができる。
【００５０】
上記の実施形態はいずれも一例であり、この発明はこれらに限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々の変更を加えることが可能である。
【００５１】
例えば、上記の実施形態では、７個の無端状移動部材４を配置しているが、突き合わせ部分が溶接トーチに対向する状態を維持しつつワーク１００を確実に搬送できることを条件に、無端状移動部材の数を適宜増減することができる。これに合わせて、カムフォロワ、スリット及びカム溝の数も増減できる。また、無端状移動部材はチェーンに限るものではなく、ベルトを用いることもできる。
【００５２】
また、管体溶接装置１００で突き合わせ部分を溶接するワークは、円筒形状のワーク１００に限るものではない。例えば、無端状移動部材４の配置位置を考慮することにより、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、楕円筒形状のワーク２００の突き合わせ部分２１０、角筒形状のワーク３００の突き合わせ部分３１０を溶接することもできる。
【符号の説明】
【００５３】
１Ａ，１Ｂ−搬送ローラ
２−ガイドローラ
３−予備加熱装置
４−無端状移動部材
５−ガイド刃
６−溶接トーチ
７−第１支持部材
８−第２支持部材
１０−管体溶接装置
４１−チェーン
４２，４３−スプロケット
７２−フレーム
７３−カム円盤
７５−カムフォロワ
１００−ワーク
１１０−突き合わせ部分
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属製の板材を筒状に曲げ加工したワークにおける軸方向に平行な２端面の突き合わせ部分を溶接する管体溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒状の金属製薄肉管体を形成する際に、金属製板材を略真円状に曲げ加工し、周方向に突き合わされた２端面を溶接する方法がある。円筒状のワークにおける軸方向に平行な２端面の溶接に使用する装置として、円筒状のワークが通過する貫通孔を形成した金型を備える管体溶接装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
管体溶接装置は、溶接具を貫通孔における軸方向の一部に露出して金型に配置し、貫通孔をワークが通過する間に、溶接具が配置された溶接位置でワークの突き合わせ部を溶接する。貫通孔の内径は、ワークの通過方向の下流側が上流側よりも僅かに縮小されている。溶接位置は、貫通孔における下流側に配置されている。
【０００４】
ワークの通過方向における溶接位置の上流側には、位置合わせ用のガイド刃が貫通孔内に露出している。貫通孔の周方向におけるガイド刃の露出位置は、溶接具の露出位置に一致している。ガイド刃は、ワークの突き合わせ部に嵌入することで貫通孔内におけるワークの回転を防止し、ワークの突き合わせ部を軸方向の全長にわたって溶接具に対向させてワークにおける溶接線のズレを防止する。
【特許文献１】特公平２−１５３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の管体溶接装置では、金型の貫通孔内をワークが通過する際にワークの外周面に貫通孔の内周面との接触による線状の傷が生じ易く、貫通孔の内周面に磨耗を生じ易い。このため、ワークの通過速度を高速化することが困難で、製造時間を短縮することが困難になる。このような問題は、円筒状の金属製薄肉管体の製造時だけでなく、楕円状又は角筒状の金属製薄肉管体の製造時にも生じる。
【０００６】
この発明の目的は、ワークの外側面の損傷やワークの移動経路の磨耗を軽減することができ、ワークが溶接位置を通過する際の通過速度を高速化して管体の製造時間を短縮できる管体溶接装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、搬送手段、複数の無端状移動部材、溶接具を備えている。搬送手段は、金属製の板材を互いに平行な２端面が突き合うように筒状にしたワークを軸方向に沿って搬送する。複数の無端状移動部材は、各々が直線部分を含む所定の循環経路に沿って移動自在にされ、各々が循環経路における直線部分に位置する部分で搬送中のワークの外側面における２端面を除く複数の位置に軸方向に沿って当接する。溶接具は、ワークの軸方向における複数の無端状移動部材の各々の循環経路中の直線部分が位置している範囲内で、搬送手段によって搬送中のワークの２端面の突き合わせ部分に対向する。
【０００８】
この構成では、金属製の板材を互いに平行な２端面が突き合うように筒状にしたワークが、搬送手段によって軸方向に沿って搬送される。この間に、複数の無端状移動部材が、循環経路中の直線部分に位置している部分でワークの外側面における２端面を除く複数の位置に軸方向に沿って当接し、ワークの移動に伴って移動する。ワークは、複数の無端状移動部材が外周面に当接することで移動方向を規定され、複数の無端状移動部材とともに移動する間に２端面の突き合わせ部分が溶接具によって溶接される。ワークの外周面と複数の無端状移動部材との間に大きな速度差を生じないため、ワークの外周面の損傷や複数の無端状移動部材の磨耗が軽減される。
【０００９】
この構成において、複数の無端状移動部材の各々は、外側面に弾性体を備えることが好ましい。ワークの外周面の損傷をより軽減することができる。
【００１０】
また、複数の無端状移動部材の各々を、ワークの外側面の法線方向に沿って互いに等しい距離だけ移動するように支持する第１の支持部材と、溶接具をワークの外側面の法線方向に沿って移動自在に支持する第２の支持部材と、を備えることが好ましい。ワークの寸法の変化に対応することができる。
【００１１】
さらに、第１の支持部材は、複数の無端状移動部材の各々を、軸方向における両端側のそれぞれで独立して移動自在に支持するものであることが好ましい。溶接の前後におけるワークの寸法の変化に対応することができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、ワークの外側面の損傷やワークの移動経路の磨耗を軽減することができ、ワークが溶接位置を通過する際の通過速度を高速化して管体の製造時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施形態に係る管体溶接装置の側面断面図である。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）は、同管体溶接装置に備えられる無端状移動部材の正面断面図及び側面図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は、同管体溶接装置に備えられるフレームの正面図及び側面断面図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、同管体溶接装置に備えられるカム円盤の正面図及び側面断面図である。
【図５】は、同管体溶接装置に備えられる第２の支持部材の側面図である。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明の別の実施形態に係る管体溶接装置におけるワークの形状と無端状移動部材の配置状態との関係を示す正面断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、この発明の実施形態として、円筒状の金属製薄肉管体の製造に用いられる管体溶接装置について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１に示すように、管体溶接装置１０は、金属製の板材を素材とする円筒状のワーク１００の突き合わせ部１１０を軸方向に沿って溶接し、管体を製造する。ワーク１００は、予め矩形の金属製板材を曲げ加工し、互いに平行な２端面を周方向に突き合わせた状態の円筒状に形成されている。管体溶接装置１０は、搬送ローラ１Ａ，１Ｂ、ガイドローラ２、予備加熱器３、無端状移動部材４、ガイド刃５、溶接トーチ６、第１の支持部材７、第２の支持部材８を備えている。
【００１６】
搬送ローラ１Ａ，１Ｂは、この発明の搬送手段であり、ワーク１００をその軸方向に平行な搬送方向Ｘに沿って搬送する。搬送ローラ１Ａは、溶接前のワーク１００を溶接位置に搬入する。搬送ローラ１Ｂは、溶接後のワーク１００を溶接位置から搬出する。搬送ローラ１Ａ，１Ｂは、筒状のワーク１００を軸方向に沿って搬送するために適した形状とすることができる。ワーク１００の軸方向の長さが短い場合には、搬送ローラ１Ａ及び１Ｂの何れか一方又は両方に代えて、溶接前のワーク１００の後端を軸方向に沿って押圧するプッシャ、及び溶接後のワーク１００の先端を軸方向に沿って引き出すプラーを備えることもできる。
【００１７】
ガイドローラ２は、周縁部の厚さを薄くした円盤状を呈し、搬送方向Ｘにおける無端状移動部材４の上流側で、第２の支持部材８に回転自在に支持されている。
【００１８】
予備加熱器３は、一例として電磁誘導加熱器であり、搬送方向Ｘにおける無端状移動部材とガイドローラ２との間で、第２の支持部材８に固定されている。予備加熱器６５は、溶接前のワーク１００の溶接部分を予備的に加熱し、後の溶接を容易にする。予備加熱器３は、溶接トーチ６による溶接が適正に行われることを条件に、省略することができる。
【００１９】
無端状移動部材４は、一例として、一対のスプロケット４２，４３に張架されたチェーン４１を備えており、後述するように、ワーク１００の周囲の７箇所に配置されている。チェーン４１は、直線部分を含む循環経路に沿って移動自在に張架されている。チェーン４１は、３個以上のスプロケットに張架することもできる。７個の無端状移動部材４は、それぞれのチェーン４１の循環経路における直線部分がワーク１００の外周面に当接するように、第１の支持部材７に支持されている。
【００２０】
ガイド刃５は、下端部の厚さを薄くした板状体であり、搬送方向Ｘにおける無端状移動部材４の循環経路における直線部分が配置されている範囲内で、長手方向を搬送方向Ｘに平行にして第２の支持部材８に固定されている。
【００２１】
溶接トーチ６は、この発明の溶接具であり、アーク溶接によってワーク１００における突き合わせ部分を溶接する。溶接トーチ６は、搬送方向Ｘにおける無端状移動部材４Ａ〜４Ｇの循環経路における直線部分の範囲内で、かつガイド刃４の下流側の位置で、第２の支持部材８に固定されている。
【００２２】
第１の支持部材７は、７個の無端状移動部材４のそれぞれがワーク１００の半径方向（外側面の法線方向）に沿って互いに等しい距離だけ移動するように、各無端状移動部材４のスプロケット４２，４３を回転自在に支持する。第１の支持部材７は、ベース７１、フレーム７２、カム円盤７３、リング７４、カムフォロワ７５を備え、搬送方向Ｘの上流側と下流側とで対称形状に構成されている。ベース７１は、平板状を呈し、水平に配置される。ベース７１の上面には、２箇所から固定部７１１が延出している。フレーム７２は、下端部を固定ボルト７６によって固定部７１１に固定されている。
【００２３】
第２の支持部材８は、ガイドローラ２、予備加熱器３、ガイド刃５、溶接トーチ６を、搬送方向Ｘに沿ってこの順に支持する。搬送方向Ｘに直交する面内における水平方向について、ガイドローラ２の周縁部、予備加熱器３の加熱部、ガイド刃５の下端部、溶接トーチ６の火口のそれぞれの中心位置は、一致している。
【００２４】
ガイドローラ２の周縁部を突き合わせ部１１０に嵌入させた状態でワーク１００を搬送方向Ｘに沿って無端状移動部材４の循環経路における直線部分の間に搬入すると、ガイド刃５の下端部も突き合わせ部１１０に嵌入する。ワーク１００の搬送中に突き合わせ部１１０が予備加熱器３の加熱部及び溶接トーチ６の火口に対向する回転位置でワーク１００の回転が規制され、突き合わせ部１１０が予備加熱器３によって加熱されるとともに溶接トーチ６によって溶接される。
【００２５】
図２（Ａ）に示すように、合計７個の無端状移動部材４が、ワーク１００の円周方向を８等分したうちの最上部の位置を除く７箇所のそれぞれで、スプロケット４２，４３の回転軸をワーク１００の半径方向に直交する方向にして配置されている。７個の無端状移動部材４は、それぞれのチェーン４１の循環経路における一方の直線部分を露出させており、この直線部分をワーク１００の外周面側にして配置されている。
【００２６】
図２（Ｂ）に示すように、各無端状移動部材４は、チェーン４１及びスプロケット４２，４３のほかに、ガイド４５、プレート４６、調整ボルト４７を備えている。長板状のプレート４６は、長手方向の第１の端部４６１に形成した孔部４６３及び第２の端部４６２に形成した長孔４６４のそれぞれで、スプロケット４２の軸受４２１及びプロケット４３の軸受４３１を保持している。
【００２７】
孔部４６３には、軸受４２１の軸部が嵌入する。軸受４２１は、プレート４６の第１の端部４６１における固定された位置でスプロケット４２を軸支する。長孔４６４は、プレート４６の長手方向に沿って形成されており、軸受４３１の軸部が嵌入する。軸受４３１は、プレート４６の第２の端部４６２における長孔４６４の長さの範囲でプレート４６の長手方向に沿って移動自在にしてスプロケット４３を軸支する。
【００２８】
調整ボルト４７は、先端がプレート４６の端面の穴部に嵌入しており、調整板４７１に螺合している。調整板４７１には、貫通孔４７２が形成されている。貫通孔４７２には、軸受４３１の軸部が嵌入している。調整ボルト４７を回転させると、軸受４３１が長孔４６４内を調整板３７１と共にプレート４６の長手方向に沿って移動し、チェーン４１の張力が調整される。ロックナット４７３を調整板４７１に締結することで、軸受４３１の位置が固定される。
【００２９】
プレート４６は、カムフォロワ７５に固定される。したがって、第１の支持部材７には、７個のカムフォロワ７５が備えられている。各カムフォロワ７５は、両端部７５Ａ，７５Ｂの外側にローラ７５１を回転自在に支持している。両端部７５Ａ，７５Ｂは、ローラ７５１の回転軸に直交する面内で矩形を呈している。
【００３０】
ガイド４５は、循環経路内の直線部分でチェーン４１の内周面に当接するようにプレート４６に固定されており、チェーン４１の移動方向を規定する。
【００３１】
図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、フレーム７２は、開口７２１、スリット７２２、凹部７２３、段部７２４、固定孔７２５、ネジ穴７２６を備えた円盤状を呈している。
【００３２】
開口７２１は、フレーム７２の中心位置に配置され、ワーク１００の外径に比較して十分に大きい径の円形を呈している。
【００３３】
スリット７２２は、開口７２１の周縁部における均等な間隔の８箇所のうちの最上部の１箇所を除く７箇所から、半径方向に沿って放射状に形成されている。スリット７２２の幅は、カムフォロワ７５の両端部７５Ａ，７５Ｂの幅に等しくされている。スリット７２２には、カムフォロワ７５の両端部７５Ａ，７５Ｂがスリット７２２の長手方向に沿って移動自在に嵌入する。したがって、各カムフォロワ７５は、ワーク１００の半径方向にのみ移動可能にされている。
【００３４】
凹部７２３は、開口７２１の周縁部の均等な間隔の８箇所のうちのスリット７２２が形成されていない最上部の１箇所から半径方向に形成されている。段部７２４は、開口７２１と同心上に形成されている。
【００３５】
２個の固定孔７２５のそれぞれには、固定ボルト７６（図１参照。）が貫通する。７個のネジ穴７２６のそれぞれには、リング７４（図１参照。）を固定するための取付ネジが螺合する。リング７４は、段部７２４内に嵌入したカム円盤７３のフランジ部７３１の側面に当接し、カム円盤７３のフレーム７２からの脱落を防止する。
【００３６】
図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、カム円盤７３は、フランジ部７３１、カム溝７３２、開口７３３を有する環状体である。カム円盤７３は、フランジ部７３１をフレーム７２の段部７２４に嵌入している。リング７４は、フレーム７２の外側面に複数のボルトを介して固定される。
【００３７】
カム溝７３２は、ワーク１００の周方向を８等分するうちの７つの半径方向のそれぞれに対して一例として６０°の角度で形成された長穴であり、フレーム７２のスリット７２２に対応して円周方向に沿って７箇所に形成されている。開口７３３は、少なくともワークの外径よりも大きな内径の円形を呈している。カム溝７３２の幅は、ローラ７５１の径に等しくされている。カム溝７３２には、ローラ７５１がカム溝７３２の長手方向に移動自在に嵌入している。
【００３８】
ローラ７５１は、スリット７２２内への嵌入によってワーク１００の円周方向の移動を規制されたカムフォロワ７５の両端部７５Ａ，７５Ｂに軸支されており、カム円盤７３がフレーム７２内で回転すると、カム溝７３２内における位置を変化させる。このとき、カム溝７３２はワーク１００の半径方向に対して傾斜しているため、ローラ７５１を含むカムフォロワ７５は、スリット７２２の長手方向であるワーク１００の半径方向にのみ変位する。７個のカム溝７３２は半径方向に対する傾斜角が互いに等しいため、カム円盤７３の回転により、７個のカムフォロワ７５は無端状移動部材４のそれぞれと共にワーク１００の中心位置からの距離が等しい位置で、ワーク１００の半径方向に沿って互いに等しい距離だけ移動する。
【００３９】
図５に示すように、第２の支持部材８は、水平に配置される支持板８１及び可動板８２を備えている。支持板８１は、フレーム７２の上端の水平部分に固定されている。支持板８１には、可動板８２が可動部材８３を介して取り付けられている。可動板８２には、ガイドローラ２、予備加熱器３、ガイド刃５、溶接トーチ６が固定されている。
【００４０】
可動部材８３は、傾斜カム８３１、スライダ８３２、ガイド８３３、スクリューネジ８３４、支持ピン８３５、押圧バネ８３６、調整ナット８３７を備えている。
【００４１】
傾斜カム８３１は、支持板８１の上面に固定されており、上面が傾斜面で構成されている。スライダ８３２は、傾斜カム８３１の上面に当接する下面が傾斜面で構成されており、支持板８１と可動板８２との間で移動自在に配置されている。ガイド８３３は、可動板８２の下面に固定されており、スライダ８３２の移動方向を規定する。スクリューネジ８３４は、可動板８２の下面から下方に延出したネジ孔８２１に螺合しており、長手方向を水平にして配置され、一端がスライダ８３２に係止されている。支持ピン８３５は、支持板８１の上面の複数の位置に下端を固定され、長手方向を垂直にして配置されており、可動板８２の孔部８２２を貫通して可動板８２の上面に露出している。調整ナット８３７は、支持ピン８３５の上端に形成されているネジ部に螺合している。押圧バネ８３６は、調整ナット８３７と可動板８２の上面との間で支持ピン８３５に外嵌しており、可動板８２を下方に付勢する。
【００４２】
スクリューネジ８３４の操作部８３４１に回転力を作用させると、その回転方向に応じてスライダ８３２が水平方向に移動し、傾斜カム８３１の傾斜面におけるスライダ８３２の下面の当接位置が変位し、支持板８１に対して可動板８２が昇降する。操作部８３４１の回転方向及び回転数に応じて、可動板８とともにガイドローラ２、予備加熱器３、ガイド刃５、溶接トーチ６の上下位置が調整される。
【００４３】
この構成により、第２の支持部材８は、ガイドローラ２、予備加熱器３、ガイド刃５、溶接トーチ６をワーク１００の半径方向（外側面の法線方向）に沿って移動自在に支持する。第２の支持部材８の構成には、図５に示すものに限るものではない。
【００４４】
なお、溶接トーチ６をガイド刃５に所定範囲内で昇降自在に支持させることで、ワーク１００の材質、板厚等の変化に応じて、溶接トーチ６の上下位置を単独で調整できるようにしてもよい。
【００４５】
以上の構成により、管体溶接装置１０は、７個の無端状移動部材４によって、溶接トーチ６の配置位置を含む範囲で、ワーク１００を軸方向に沿って移動させる。各無端状移動部材４のチェーン４１は、循環経路における直線部分でワーク１００の周面に当接するため、ワーク１００の搬送方向Ｘに沿った移動に伴ってワーク１００の移動速度と同一の速度で循環経路に沿って移動する。各チェーン４１はワーク１００の周面に摺動することがないため、ワーク１００の周面における損傷、及びチェーン４１の磨耗が抑制される。これによって、トンネル状の搬送部を備えた従来の溶接装置に比較して、溶接速度を３倍程度高速化できる。なお、チェーン４１は、外表面にゴムらの弾性部材を備えることで、ワーク１００の損傷をより軽減することができる。
【００４６】
７個の無端状移動部材４の外表面の位置によって規定されるワーク１００の外径は、第１の支持部材７におけるカム円盤７３の回転によって調整できる。また、ワーク１００の半径方向におけるガイドローラ２、予備加熱器３、ガイド刃５及び溶接トーチ６の位置は、第２の支持部材８における可動板８２の移動によって調整できる。このため、ワーク１００の外径の変化に容易に対応することができる。
【００４７】
ワーク１００の外径の縮小又は拡大に応じて、７個の無端状移動部材４を互いに近接又は離間させるとともに、可動板８２を加工又は上昇させる。
【００４８】
カム円盤７３の回転、及び可動板８２の移動は、手動操作によるものに限らず、モータ等を介して行うこともできる。また、カム円盤７３の回転に連動して可動板８２を昇降させるようにしてもよい。
【００４９】
第１の支持部材７において、上流側及び下流側のカム円盤７３を互いに独立して回転できるようにしてもよい。この場合には、カムフォロワ７５をワーク１００の搬送方向の上流側と下流側とで２分割にする。突き合わせ部分の溶接の前後におけるワーク１００の外径の変化に対応してワーク１００を確実に搬送することができる。
【００５０】
上記の実施形態はいずれも一例であり、この発明はこれらに限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々の変更を加えることが可能である。
【００５１】
例えば、上記の実施形態では、７個の無端状移動部材４を配置しているが、突き合わせ部分が溶接トーチに対向する状態を維持しつつワーク１００を確実に搬送できることを条件に、無端状移動部材の数を適宜増減することができる。これに合わせて、カムフォロワ、スリット及びカム溝の数も増減できる。また、無端状移動部材はチェーンに限るものではなく、ベルトを用いることもできる。
【００５２】
また、管体溶接装置１００で突き合わせ部分を溶接するワークは、円筒形状のワーク１００に限るものではない。例えば、無端状移動部材４の配置位置を考慮することにより、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、楕円筒形状のワーク２００の突き合わせ部分２１０、角筒形状のワーク３００の突き合わせ部分３１０を溶接することもできる。
【符号の説明】
【００５３】
１Ａ，１Ｂ−搬送ローラ
２−ガイドローラ
３−予備加熱装置
４−無端状移動部材
５−ガイド刃
６−溶接トーチ
７−第１支持部材
８−第２支持部材
１０−管体溶接装置
４１−チェーン
４２，４３−スプロケット
７２−フレーム
７３−カム円盤
７５−カムフォロワ
１００−ワーク
１１０−突き合わせ部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属平板を互いに平行な２端面が突き合うように筒状にしたワークを軸方向に沿って搬送する搬送手段と、
各々が直線部分を含む循環経路を移動自在にされ、各々が前記直線部分で前記搬送手段によって搬送中のワークの外側面における前記２端面の突き合わせ部分を除く複数の位置に軸方向に沿って当接する複数の無端状移動部材と、
前記軸方向における前記直線部分が位置している範囲内で、前記搬送手段によって搬送中のワークの前記突き合わせ部分に対向する溶接具と、を備えた管体溶接装置。
【請求項２】
前記複数の無端状移動部材の各々は、外側面に弾性材を備えた請求項１に記載の管体溶接装置。
【請求項３】
前記複数の無端状移動部材の各々を、前記ワークの外側面の法線方向に沿って互いに等しい距離だけ移動するように支持する第１の支持部材と、
前記溶接具を前記ワークの外側面の法線方向に沿って移動自在に支持する第２の支持部材と、を備えた請求項１又は２に記載の管体溶接装置。
【請求項４】
前記第１の支持部材は、前記複数の無端状移動部材の各々を、前記軸方向における両端側のそれぞれで独立して移動自在に支持する請求項３に記載の管体溶接装置。
【請求項１】
金属平板を互いに平行な２端面が突き合うように筒状にしたワークを軸方向に沿って搬送する搬送手段と、
各々が直線部分を含む循環経路を移動自在にされ、各々が前記直線部分で前記搬送手段によって搬送中のワークの外側面における前記２端面の突き合わせ部分を除く複数の位置に軸方向に沿って当接する複数の無端状移動部材と、
前記軸方向における前記直線部分が位置している範囲内で、前記搬送手段によって搬送中のワークの前記突き合わせ部分に対向する溶接具と、を備えた管体溶接装置。
【請求項２】
前記複数の無端状移動部材の各々は、外側面に弾性材を備えた請求項１に記載の管体溶接装置。
【請求項３】
前記複数の無端状移動部材の各々を、前記ワークの外側面の法線方向に沿って互いに等しい距離だけ移動するように支持する第１の支持部材と、
前記溶接具を前記ワークの外側面の法線方向に沿って移動自在に支持する第２の支持部材と、を備えた請求項１又は２に記載の管体溶接装置。
【請求項４】
前記第１の支持部材は、前記複数の無端状移動部材の各々を、前記軸方向における両端側のそれぞれで独立して移動自在に支持する請求項３に記載の管体溶接装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１２１０６２（Ｐ２０１２−１２１０６２Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７５７５２（Ｐ２０１０−２７５７５２）
【出願日】平成２２年１２月１０日（２０１０．１２．１０）
【出願人】（３９１０４０１３５）株式会社富士機械工作所 (12)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１０日（２０１０．１２．１０）
【出願人】（３９１０４０１３５）株式会社富士機械工作所 (12)
【Ｆターム（参考）】
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